EMISJA REZONANSOWA DLA ZWIĄZKÓW ZIEM RZADKICH
Transkrypt
EMISJA REZONANSOWA DLA ZWIĄZKÓW ZIEM RZADKICH
KSUPS 2005: Extended abstracts / Synchrotron Radiation in Natural Science Vol. 4, No 1-2 (2005) LA02 EMISJA REZONANSOWA DLA ZWIĄZKÓW ZIEM RZADKICH J. Szade Instytut Fizyki im. A. Chełkowskiego, Uniwersytet Śląski, Ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice Keywords: resonant photoemission, MCD, RIXS, GdTiGe, (Gd,Mn)TiGe, EuF3 *) e-mail: [email protected] związku GdTiGe stwierdzono występowanie tego efektu dla stanów 4f jak i w obszarze w pobliżu poziomu Fermiego [2]. Ziemie rzadkie i ich związki stanowią szczególnie intensywnie badane materiały głównie ze względu na ich własności magnetyczne prowadzące do licznych zastosowań. Własności te związane są głównie z niezapełnioną powłoką 4f, która stanowi częsty obiekt badań przy użyciu promieniowania synchrotronowego. Dla energii fotonów w pobliżu krawędzi absorpcji 3d→4f lub 4d→4f występuje bardzo silne wzmocnienie fotoemisji nie tylko z powłoki 4f, ale i innych stanów elektronowych danej ziemi rzadkiej, np. 5s, 5p i 5d (rys.1). Dla związków Gd pozwala to np. zlokalizować stany 5d w paśmie walencyjnym [1]. Stosując spolaryzowane kołowo promieniowanie można zbadać, dzięki efektowi dichroizmu w fotoemisji (MCD), stopień polaryzacji magnetycznej różnych stanów. Dla ferromagnetycznego Dla kilku związków międzymetalicznych Gd zbadano tzw. efekt MARPE, czyli wieloatomowej fotoemisji rezonansowej. Stwierdzono, że dla energii fotonów odpowiadających maksimum fotoemisji z poziomu 4f Gd występuje bardzo niewielki efekt osłabienia emisji z poziomów atomu sąsiadującego z Gd, który da się wytłumaczyć teorią rozpraszania promieniowania rentgenowskiego [1]. Silny, pozytywny efekt MARPE, z którym wiązano kilka lat temu duże nadzieje okazał się w znacznym stopniu wynikiem błędu eksperymentalnego związanego z detekcją fotoelektronów. Rysunek 1. Fotoemisja rezonansowa z GdCu2 dla energii fotonów w pobliżu krawędzi absorpcji Gd 4d→4f. 10 KSUPS 2005: Extended abstracts / Synchrotron Radiation in Natural Science Vol. 4, No 1-2 (2005) Na skutek oddziaływania wymiennego poziomów rdzeniowych ze spinem powłoki 4f fotoemisja z poziomów rdzeniowych Gd i innych ziem rzadkich przybiera formę rozbudowanych mutlipletów, których struktura, jak się okazuje zależy od energii fotonów. Pozwoliło to na zrozumienie pochodzenia fragmentów struktury multipletu 4d Gd i innych ziem rzadkich [3]. rzystana do zbadania emisji ze związków GdMnxTi1-xGe dla energii fotonów w pobliżu krawędzi absorpcji Gd 3d, Mn 2p i Ti 2p. Zaobserwowano emisję związaną z fluorescencją i przejścia związane ze wzbudzeniami rezonansowymi w paśmie 3d Ti i Mn [5]. Przejścia te są analizowane w porównaniu z obliczeniami struktury elektronowej dla GdTiGe i GdMnGe. Fotoemisja rezonansowa została wykorzystana do zbadania problemu mieszanej wartościowości Eu w ultra-cienkiej warstwie EuF3, gdzie zaobserwowano indukowane rezonansem stany końcowe fotoemisji równoważne dwuwartościowemu Eu [4]. Stany te nie są obserwowane w warstwie dla energii fotonów innych niż rejon przejścia 4d→4f. Ten nowy efekt można wyjaśnić zakładając transfer elektronu z liganda do atomu Eu w trakcie drugiego etapu fotoemisji rezonansowej. Emisja związana z przejściem na poziom Gd 3d3/2 (Rys. 2) wykazuje inne cechy niż dla metalicznego Gd co wskazuje na silny wpływ struktury pasmowej. Badanie emisji fotoelektronów i emisji rentgenowskiej wzbudzanych rezonansowo dostarcza cennych, często uzupełniających się informacji o strukturze elektronowej ziem rzadkich i metali przejściowych 3d. Obecność nieobsadzonych stanów 4f ziemi rzadkiej lub 3d metalu przejściowego umożliwia wykorzystanie innej rezonansowej spektroskopii emisyjnej – RIXS czyli rezonansowego nieelastycznego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego. Technika ta została wyko- 10 Gd M5 10 d 8 8 6 Intensity [a. u.] Intensity [a. u.] Podziękowania: Wspomniane badania zostały wykonane na wiązkach VUV, SUPERESCA i BACH na synchrotronie ELETTRA w Trieście. b a 4 c 6 c 4 d b 2 2 1182 1186 1190 1194 a 0 0 2 4 6 8 Incident Photon Energy [eV] 0 10 0 1155 1 127 0 1 1 8 54 1 2 0 0 6 O u tg o in g P h oto n E n e rg y [eV ] XAS i RIXS dla GdTiGe (a) (b) Rysunek 2. Absorpcja promieniowania rentgenowskiego na krawędzi Gd 3d5/2 (a) i emisja dla wskazanych energii fotonów (b). Literatura [1] J. Szade, G. Skorek, M. Neumann, B. Schneider, F. Fangmeyer, A. Matteucci, G. Paolucci, A. Goldoni, Surf. Sci. 497 (2002) 29. [4] J. Szade, W. Burian, Z. Celinski, T. O'Keevan, M. Zangrando, F. Bondino, E. Magnano, Surf. Sci. 580 (2005) 163. [2] J. Szade, B. Tyszka, W. Burian, J. Alloys Compds. 401 (2005), w druku. [5] B. Tyszka, J. Szade, W. Burian, G. Skorek, J. Deniszczyk, M. Sikora, D. Zając, Cz. Kapusta, M. Matteucci, F. Bondino, M. Zacchigna, M. Zangrando, J. Alloys Compds. 401 (2005), w druku. [3] J. Szade, M. Neumann, I. Karla, B. Schneider, F. Fangmeyer, M. Matteucci, Solid State Commun. 113 (2000) 709. 11